PSIM 在电力电子技术实验中的应用 文⊙ 段国艳 1,2，陈爽 2，孙从君 2 （1.四川工程职业技术学院，四川德阳 2.西南交通大学，四川 成都） 生 产 一 线 摘 要 : 在 电 力 电 子 实 验 课 程 教 学 中 ， 许 多 学 生 对 各 种 电 力 变 换 电 路 的 实 验 结 果 缺 乏 基 本 认 识 ， 往 往 达 不 到 好 的 实 验 效 果。为了解决这一问题，本文借助于 P S I M 强 大 的 仿 真 功 能 ，对实验教学常 用典 型电 路 进 行 建 模 与 仿 真 ，直 观 的 仿 真 结 果 使 学 生 更 易 理 解 ，从 而 在 有 限 的 实 验 时 间 内 取 得 更 好 的 教 学 效 果 。 关键词: P S I M ；整流电路；建模与仿真 现 代 计 算 机 仿 真 技 术 为 电 力 电 子 电 路 和 系 统 的 分 析 提 供 了 崭 新 的 途 径 ，可以使 复杂的电力电子 电路、系 统 的 分 析 和 设 计 变 得 更 加 简 单 有 效 ，同 时 也 成 为 我 们 学 习 电 力 电 子 技 术 必 不 可 少 的 重 要 手 段 。 P S I M 是专门为电力电子和电机控制而设 计 的 仿 真 包 ，仿 真 快 速 且 有 着 友 好 的 用 户 界面，P S I M 还提供了强大的仿真环境，可 以 从 事 电 力 电 子 、模 拟 数 字 控 制 、电机驱 动等方面的仿真。目前，应用 P S I M 进行 电力电子系统的 分析、建模、开 发 受 到 了 广 泛 的 关 注 。 本文采用 P S I M 仿真软件，对三相半 波 和 三 相 全 控 桥 式 可 控 整 流 电 路 进 行 建 模 仿真，仿 真 结 果 与 理 论 分 析 一 致 ，验证了 建 模 方 法 的 正 确 性 。 一、三相整流电路的 P S I M 仿真 我们在 P S I M 仿真软件中建立起基于 晶闸管(Thyristor) 的三相半波和三相全控 桥 式 可 控 整 流 电 路 的 仿 真 模 型 ，所 有 的 元 件可以在 E l e m e n t 库中找到，常用元件可 以直接从元件工具栏(Element Toolbar) 中 找 到 。 由 于 教 材 上 介 绍 的 通 常 是 电 路 处 于 正 常工作状态时的 情况，同 学 们 对 正 常 的 工 作 状 态 容 易 理 解 。而在实践教 学中由于学 生 操 作 或 者 是 器 件 故 障 等 原 因 ，从 而 出 现 一些异常情况。因此，我们可以利用 P S I M 强 大 的 仿 真 功 能 实 时 的 修 改 参 数 ，对不同 负载、不 同 控 制 角 以 及 典 型 故 障 的 情 况 进 行 建 模 仿 真 ，便 于 学 生 加 深 理 解 。限于篇 幅，我 们 在 这 里 重 点 介 绍 脉 冲 丢 失 或 者 某 个 晶 闸 管 故 障 的 情 况 ， 对 于 初 学 者 来 说 ， 需 要 注 意 以 下 两 个 问 题 。 （一）S i m u l a t i o n c o n t r o l 的设置 主要需要设置time step 和total time， P S I M 采用固定步长，为了保证仿真结果 的 精 度 ， 必 须 设 置 合 适 的 仿 真 时 间 步 长 。 限 制 时 间 步 长 的 因 素 有 开 关 周 期 、脉冲宽 度、暂 态 区 间 等 ，时间步 长比上面最 小的 时 间 至 少 小 一 个 数 量 级 ， 对 于 初 学 者 来 说，也可以采用系统的自动设置。T o t a l t i m e 是总的仿真时间，根据观察波形的需 要 进 行 设 置 。 （ 二 ） 故 障 的 设 置 如 果 我 们 需 要 设 置 脉 冲 丢 失 的 故 障 ， 只需要把相应的元件设置为 d i s a b l e ，则相 应 的 元 件 变 为 灰 色 ， 相 当 于 没 有 接 入 电 路 ， 同 样 ， 取 消 故 障 只 需 把 元 件 设 置 为 enable 即可。 1 、三相半波可控整流电路仿真 在 P S I M 中建立图 1 所示的仿真模型， 控制角设为 6 0 °，假设 V T 2 的触发脉冲丢 失，则当 V T 1 导通一段时间后，本来应该 V T 2 触发导通，由于脉冲丢失或晶闸管故 障，V T 2 无法导通，但由于是阻感负载， V T 1 继续导通，输出电压仍为 a 相电压( 出 现负值) ，当电流下降到一定程度，V T 1 关 断，输出电压为 0 V ，直到 V T 3 的触发导通， 输出电压为 c 相电压。需要注意的是，如 果 是 大 电 感 负 载 ，则 放 电 时 间 增 长 ，输出 电 压 有 可 能 连 续 ，这也可以通过 修改电感 或电阻的值进行观察。当 b 相晶闸管脉冲 丢失时的相关波形如图 2 所示。 图 3 三相全控桥式可控整流电路仿 真 模 型 图 1 三相半波可控整流电路仿真模型 图 2 B 相晶闸管脉冲丢失时的相关波形 (ua,ub,uc —相电压；ud －输出电压； u T 3 － V T 3 两端电压) 2 、三相全控桥式整流电路仿真 在 P S I M 中建立如图 3 所示三相全控 桥式可控整流电路，控制角设为 6 0 °，当 电路正常工作时每隔 6 0 °一个晶闸管触发 导 通 ， 各 元 件 导 通 的 顺 序 依 次 为 V T 1 → V T 2 → V T 3 → V T 6 ，每个晶闸管导通 1 2 0 °， 因 此 任 意 时 刻 有 两 个 晶 闸 管 导 通 。现在假 设 V T 1 的触发脉冲丢失，为保证仿真波形 的连续性，假设 V T 5 和 V T 6 已经导通，当 V T 1 应该导通时由于脉冲丢失，V T 1 不能 导通。由于是阻感负载, V T 5 ，V T 6 继续导 通，此时输出电压为 b ，c 间的线电压，V T 2 的触发脉冲到来时，由于 c 相电压低于 b 相 电压，V T 2 导通，V T 6 截止，此时由 V T 5 和 V T 2 续流，输出电压为 0 ，当 V T 3 的触 发 脉 冲 到 来 时 ， 由 于 b 相 电 压 高 于 c 相 ， V T 3 导通，V T 5 截止，此时 V T 2 和 V T 3 导 通，然后依次触发 V T 4 ，V T 5 ，V T 6 ，工 作状态和正常工作时一致。晶闸管 V T 1 的 脉冲丢失时的相关波形如图 4 所示。从仿 真 波 形 可 以 看 出 ，由 于 是 阻 感 负 载 ，所以 V T 5 的电流逐渐增加，需要几个周期才能 达 到 稳 态 值 。 图 4 V T 1 脉冲丢失时的相关波形 (ua,ub,uc —相电压；ud －输出电压； uT3 － VT3 两端电压；I(VT5)－ VT5 的电流) 二 、 结 论 我们也可以充分利用 P S I M 强大的仿 真 功 能 对 各 种 实 际 工 作 中 有 可 能 存 在 的 故 障 或 者 工 作 状 态 进 行 模 拟 ，得 到 丰 富 多 彩 的 工 作 情 况 ，弥 补 实 践 教 学 中 由 于 实 验 设 备、时 间 等 方 面 的 不 足 ，试 验 效 果 不 佳 的 缺憾。本 文 仅 着 重 对 三 相 半 波 、三 相 全 控 桥 式 可 控 整 流 电 路 中 有 一 个 脉 冲 丢 失 的 情 况 进 行 了 分 析 ，仿 真 结 果 和 理 论 分 析 是 一 致的，验 证 了 仿 真 模 型 的 正 确 性 。也充分 说明了利用 P S I M 对电力电子电路进行仿 真 可 以 使 学 生 对 电 路 有 更 为 具 体 的 认 识 ， 有 助 于 激 发 学 生 学 习 的 兴 趣 ，提 高 教 学 质 量，同 时 对 于 提 高 学 生 分 析 问 题 、解决问 题 的 能 力 也 有 很 好 的 效 果 。 参考文献: [1]王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京: 机 械工业出版社, 2000. [2]陈国呈译, 电力电子电路[M].北京: 科学出 版社, 2003. [3]谢华博, 张俊民.基于Matlab/Simulink的电力变 换电路仿真[J].电气电子教学学报.2007,29(4) 72- 74. [4]华建军，沈艳霞.基于 PSIM 断续导通模式的 DC-DC 变换器的建模与仿真研究[J]. 电机与控制学 报.2007,11（5）522-528. [5]雷跃, 谭永红.Multisim8在电力电子技术实验 中的应用[J].实验技术与管理, 2007, 24 (10) : 105-109. [6]曹旭帆, 叶舟.基于计算机仿真技术的实验 教学改革方案[J].实验技术与管理, 2007, 24 (12) :99-101. 43